Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 49

 

  Главная      Учебники - Разные     Геология нефти и газа (Еременко Н.) - 1968 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  47  48  49  50   ..

 

 

Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 49

 

 

§ 1. Основные понятия о миграции

 

 

ниск),  препятствующие  перемещению  газа  в  пористой  среде,  заполненной  водой. 

Чтобы  вызвать  перемещение  газа в  пористой среде,  заполненной  водой,  необходимо 

преодолеть  эти  напряжения  (давление  прорыва)  и  создать  непрерывный  поток  газа. 

Сказанное  в  равной  степени  относится  и  к  контакту  нефть  —  вода.  Величина 

сопротивлений  определяется  поверхностными  напряжениями  на  контактах  разных 

фаз.  Этим  обстоятельством,  в  частности,  объясняется  способность  воды 

фильтроваться  через  покрышку  резервуара,  представленную  глинами,  смоченными 

водой, в то время как для нефти и газа она оказывается практически непроницаемой. 

Теоретическая сторона этих вопросов достаточно детально рассмотрена в трудах В. П. 

Савченко. 

Законы  фильтрации  жидкостей,  газов  и  их  смесей  через  пористую  или 

трещиноватую  среду  были  рассмотрены  в  гл.  VI.  Диффузия,  т.  е.  перемещение, 

обусловленное  собственным  движением  молекул,  давно  известна  в  физике  и  не 

вызывает  сомнения.  Диффузия  того  или  иного  вещества  в  другом  веществе 

обусловливается  наличием  градиента  концентраций.  Диффузия  газов  происходит  в 

соответствии с законом Фика 

 

 

где Q — объемная скорость диффузии; 

D — коэффициент диффузии; 
s — поперечное сечение; 
Р — коэффициент растворимости или сорбции; 

h — толщина слоя; 

С\—Су, — перепад концентраций. 

Величина 

называется градиентом 

концентрации. 

В природных условиях по В. А. Соколову можно 

наблюдать: 

1) диффузию газа в другом газе; 2) диффузию газов в жидкости (в воде или нефти); 3) 

диффузию  газа  в  твердом  теле  (в  веществе  породы);  4)  диффузию  газа  в  породе, 

насыщенной водой; 5) диффузию газа во влажной глине. 

Давление геостатическое и динамическое. Роль давления в первичной миграции 

рассмотрена  в  предыдущей  главе.  Здесь  следует  добавить,  что  уплотнение  пород 

может  происходить  не  только  под  действием  геостатического  давления  (нагрузки 

вышележащих слоев), но и под действием тектонических сил,  выводящих породы из 

нормального  залегания  и  сминающих  их  в  складки.  Давление,  вызываемое 

тектоническими  силами,  называется  динамическим  в  отличие  от  геостатического 

давления,  вызываемого  нагрузкой  вышележащих  пород.  Под  действием 

динамического  давления  возможно  дальнейшее  уплотнение  пород  и,  следовательно, 

дальнейшее  выжимание  подвижных  веществ.  В  результате  действия  тектонических 

сил 

329 

 

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

330 

гл

- 

х

- Миграция нефти и газа, формирование и разр-ушение их скоплений

 

породы  сминаются  в  складки,  часто  нарушенные  разрывами.  При  этом  происходит 

перераспределение давления в отдельных участках земной коры. Возникшие в  толще 

пород  трещины  и  разломы  могут  служить  путями  для  перемещения  воды,  нефти  и 

газа. Перераспределение давления вызывает новое перемещение подвижных веществ. 

При  складкообразовании  часть  пород  поднимается  на  значительную  высоту  и 

подвергается  усиленной  эрозии.  Эрозия,  с  одной  стороны,  влияет  на  распределение 

давления  в  земной  коре,  а  с  другой,  —  может  повести  к  разрушению  слоев, 

содержащих в себе нефть и газ. 

Гравитационный фактор. Под гравитационным фактором миграции нефти и газа 

понимают  действие  силы  тяжести.  Если  в  результате  тех  или  иных  перемещений 

нефть и газ попадают в коллектор, лишенный воды, то нефть в силу своего веса будет 

стремиться занять в этом пласте его пониженные участки, а газ — повышенные. 

Миграция нефти и газа путем всплывания может происходить лишь по трещинам 

и  крупным  порам.  Перемещению  нефти  и  газа  под  действием  гравитационных  сил 

препятствуют  силы  трения,  междуфазное  трение,  вызываемое  относительным 

перемещением  газа,  нефти  и  воды  по  отношению  друг  к  другу  (фазовые  проница-

емости);  вязкость  (или  внутреннее  трение);  молекулярное  притяжение  между 

стенками породы и молекулами подвижных веществ (своего рода сила «прилипания»). 

Всплывание  облегчается,  если  оно  происходит  не  по  отдельным  каплям,  а 

непрерывным слоем нефти или газа, или в подвижной среде. При движении нефти по 

порам  в  виде  отдельных  капелек  нефти  и  газа  существенную  роль  играет  эффект 

Жамена.  Капельки  нефти  и  газа  стремятся  принять  шарообразную  форму, 

обладающую  наименьшей  поверхностью.  Когда  капельке  необходимо  пройти  через 

пору  с  меньшим  диаметром,  чем  ее  собственный,  она  вынуждена  вытянуться  и 

увеличить свою поверхность. Увеличение поверхности капли может произойти только 

под воздействием внешних сил. Внешней силой может быть разница в удельных весах 
— гравитационная сила. 

При  малом  размере  пор  (плохой  проницаемости)  и  малом  угле  падения  пласта 

гравитационные  силы  не  смогут  преодолеть  сил  сопротивления,  и  свободное 

движение  подвижных  веществ  прекращается.  Для  преодоления  сопротивления 

движению  необходимо  приложение  добавочной  внешней  силы.  Такой  силой  может 

оказаться напор воды — гидравлический фактор. 

Гидравлический фактор.  Вода  в  земной  коре  может  находиться  в  движении.  В 

пластах  горных пород наблюдается струйное  движение воды, подчиняющееся закону 

Дарси.  В  своем  движении  вода  увлекает  вместе  с  собой  мельчайшие  капли  нефти  и 

газа и таким образом перемещает их. 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

§ 1. Основные понятия о миграции

 

 

Пользуясь  законом  Дарси  и  расчетами  силы  всплывания,  которая  будет 

пропорциональна  разности  удельных  весов  и  синусу  угла  наклона  пород,  можно 

рассчитать скорость потока воды, при которой она способна увлечь с собой пузырьки 

газа  или  нефти.  Подобные  расчеты,  начиная  с  прошлого  столетия,  неоднократно 

приводились различными авторами. Однако было бы грубой ошибкой распространять 

подобные расчеты на процесс разрушения залежей водой (как это пытаются сделать А. 

А. Карцев, В. А. Краюшкин и некоторые другие). 

В  процессе  движения  дифференциация  подвижных  веществ  по  их  плотностям 

происходит значительно легче. Отдельные капельки нефти и газа, всплывая над водой, 

соединяются между собой, образуют более крупные капли, последние в свою очередь 

соединяются между собой и при благоприятных условиях образуют скопление нефти 

и  газа.  При  наличии  сплошной  массы  нефти  или  газа,  заполняющих  поры  породы, 

вода  может  вытеснять  их  силой  своего  гидростатического  давления  на  поверхность 

нефть (газ) — вода. Здесь главную роль играет напор воды на поверхность раздела или 

вытеснение  всего  объема  залежи.  Возможен  и  другой  механизм  разрушения  залежи, 

обусловленный скоростью движения воды, т. е. путем послойной передачи количества 

движения  от  воды  к  залежи  нефти  и  газа.  В  этом  случае,  как  уже  упоминалось, 

приведенные  расчеты  не  применимы.  Для  решения  подобной  задачи  может  быть 

использовано уравнение движения вязких жидкостей Новье-Стокса. Попытка расчета 

скоростей  движения  воды,  необходимых  для  разрушения  залежей  по  этой  формуле, 

была  произведена  П.  Л.  Антоновым.  Оказалось,  что  при  мощности  нефтяного  слоя 
(девонская нефть) в пластовых условиях 10 см, проницаемости 0,5 д и пористости 25% 

для  разрушения  залежи  необходима  линейная  скорость  движения  воды  около  20 

см/сек. Обычные скорости движения вод в пластовых условиях порядка га-Ю"

7

 см/сек, 

т.  е.  на  6—7  порядков  ниже.  Иначе  говоря,  в  природных  условиях  не  может  быть 

достигнута  скорость  движения  воды,  необходимая  для  разрушения  залежей  путем 

увлечения нефти или газа движущейся водой. 

Углеводороды  растворимы в воде в  незначительной степени. Растворимость их в 

воде  зависит  от  температуры  и  давления,  а  также  от  содержания  в  воде  некоторых 

компонентов.  В  одних  условиях  температуры  и  давления  вода  может  растворить  в 

себе  углеводороды,  а  в  других  —  вновь  выделить  их.  Таким  образом  совершается 

миграция углеводородов, растворенных в воде. 

Капиллярные  и молекулярные  явления. Механизм  перемещения  нефти  и  газа 

под действием капиллярных сил в достаточной мере еще не изучен. Трудно сказать, на 

какое расстояние возможны такие перемещения и какую роль играют они в процессе 

миграции  углеводородов.  Поставленные  опыты  и  некоторые  теоретические  пред-

посылки дают основание предполагать, что такое перемещение 

331 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

332 ^

л

- ^" Миграция нефти и газа, формирование и разрушение их скоплений

 

вряд ли возможно на большие расстояния и вряд ли играет главную роль в процессе 

формирования скоплений нефти и газа. 

Не  углубляясь  в  физическую  сущность  капиллярных  явлений,  остановимся 

коротко  на  основных  положениях  теории  замещения.  Величина  капиллярного 

давления зависит  от свойств подвижных веществ, свойств  породы и размера пор. В 

поре  породы  наблюдается  сложнее  взаимодействие  породы,  воды,  нефти  и  газа. 

Поверхностное  натяжение  на  границе  сред  различное.  Поверхность  раздела  между 

водой  и  нефтью  в  поре,  стенки  которой  состоят,  например,  из  кремнезема,  имеет 

выпуклую  форму,  обращенную  в  сторону  воды.  Кривизна  поверхности, 

обусловленная поверхностным натяжением, зависит от  диаметра поры.  Чем больше 

диаметр  поры,  тем  меньше  кривизна  и  тем  меньше  капиллярное  давление.  При 

диаметре  поры  около  0,5  мм  оно  исчезает  совершенно.  Чем  меньше  диаметр  поры, 

тем больше кривизна поверхности раздела и тем больше капиллярное давление, так 

что  уже  при  диаметре  поры  0,1  мм  капиллярные  ,  силы  обычно  превышают 

гравитационные. Так как вода  смачивает  породы лучше, чем нефть, то  в результате 

капиллярного  давления  она  стремится  вытеснить  нефть  из  мелких  пор  в  более 

крупные. 

Можно предполагать передвижение нефти не в виде отдельных капель, а в виде 

молекулярных  пленок.  Зерна  породы  в  результате  молекулярного  притяжения 

обволакиваются  концентрическими  слоями  воды.  Нефть  в  свою  очередь  в  виде 

молекулярных пленок располагается между слоями воды. 

Передвижение  подвижных  веществ  может  происходить  под  действием 

капиллярного  фактора,  под  действием  гидравлического  давления  и  в  результате 

выдавливания при уплотнении породы. По существу сюда же должны быть отнесены 

и  ранее  упомянутые  перемещения  вследствие  диффузии.  Возникновение скопления 

представляет  собой  процесс  возрастания  концентрации  углеводородов.  Тогда 

явления  диффузии  должны  рассматриваться  прежде  всего  как  один  из  факторов 

разрушения существующих скоплений нефти и газа. Созидающая роль этого фактора 

может  быть  отмечена  при  рассмотрении  региональной  стороны  явления.  При 

огромных масштабах диффузии этим процессом можно объяснить массовый переход 

углеводородов  из  одних  пород  в  другие,  из  пород  плохо  проницаемых  в  породы 

хорошо  проницаемые.  Дальнейшая  концентрация  углеводородов  в  хорошо 

проницаемых  пластах  возможна  под  влиянием  других  факторов,  в  частности 

гидравлического. 

Энергия  газа.  Энергия  газа  как  движущая  сила  для  нефти  в  пласте  довольно 

хорошо изучена путем наблюдений за разрабатываемыми скоплениями нефти и газа. 

Установлено  двоякое  проявление  энергии  газа.  Если  в  скоплении  нефти  и  газа 

последнего достаточно много для полного насыщения нефти при данном давлении и 

температуре, то избыток газа  может образовывать газовую шапку. В  газовой шапке 

газ находится в сжатом состоянии под давлением. 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  47  48  49  50   ..